皮肤软组织扩张器设定方法
【专利摘要】本发明公开了一种皮肤软组织扩张器设定方法，包括步骤：根据医学图像建立患者的三维模型，然后根据三维模型测量患者目标区域面积，再根据目标区域面积估算实际扩增皮肤面积，通过设定可逆弹性因子，估算扩张器扩张表面积，最后选择扩张器并设定扩张参数。本发明的方法不会造成扩增皮肤不够或者过多情况，减少了患者的痛苦，避免了仅靠医生的临床经验带来的风险。
【专利说明】皮肤软组织扩张器设定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于整形整容【技术领域】，尤其涉及一种皮肤软组织扩张器设定方法。
【背景技术】
[0002]皮肤是人体最大的器官，重量约占体重的16%，具有保护机体、抵抗外界侵害、排泄废物、分泌、吸收、调节体温等多种功能。但是现实生活和生产经营活动中，多种原因可导致皮肤缺损，如:先天性畸形、创伤、肿瘤等,另外各种类型的秃发以及疤痕的修复也需要正常皮肤组织的重新覆盖，因此如何促进皮肤生理性修复以及如何进行皮肤软组织再生与功能重建具有重要意义。
[0003]皮肤软组织扩张术(tissue expansion)是继皮肤移植术(植皮术)和皮瓣转移术之后整形外科发展起来的又一项最基本的组织修复技术。在临床中，对切除巨大肿物后造成的头皮全层缺失进行修复需要寻找足够的自体的皮肤来覆盖创面，对于头部这种暴露部位又要求覆盖创面的皮肤颜色、质地等尽量与原来组织相同。扩张器的出现很好的解决了这一问题，可用扩张出的皮肤和软组织加以修复，其最大优点是修复后的头皮均长有毛发，并且瘢痕在毛发的遮挡下基本无从发现。将皮肤软组织扩张器植入病变附近正常皮肤软组织下，通过间断向扩张器内注射液体以增加扩张器容量，使其对表面皮肤软组织产生压力，通过扩张机制对局部的作用使组织和表皮细胞的分裂增殖及细胞间隙拉大，从而增加皮肤面积，取出扩张器后，可用新增加的皮肤软组织进行组织修复及器官再造。
[0004]目前扩张器的形状和材质的种类很多，具体的扩张器形状在特定人体特定部位的皮肤软组织下，其增长过程和形状变化有所不同，需要根据病变范围及部位选择合适形状和容量的扩张器。但是目前在临床以及医学研究中，通常是靠医生积累的经验来进行选择，效果不佳。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有技术无法精确地预判扩张器形状、大小以及放置的部位和数量，只能靠临床经验来进行手术带来的风险问题。
[0006]一种皮肤软组织扩张器设定方法，包括步骤:
[0007]根据医学图像建立患者的三维模型；
[0008]根据三维模型测量患者目标区域面积；
[0009]根据目标区域面积估算实际扩增皮肤面积；
[0010]设定可逆弹性因子；
[0011 ] 估算扩张器扩张表面积，选择扩张器并设定扩张参数。
[0012]进一步地，所述根据三维模型测量患者目标区域面积是采用三角剖分法测的。
[0013]进一步地，所述实际扩增皮肤面积为目标区域面积的1.05?1.5倍。
[0014]进一步地，所述扩张器扩张表面积为实际扩增皮肤面积与所述可逆弹性因子的积。其中，所述可逆弹性因子的取值为I?1.5。[0015]进一步地，所述扩张器的扩张参数包括扩张器的形状和放置位置，以及扩张器扩张大小。
[0016]本发明的皮肤软组织扩张器设定方法，可以在建模的基础上准确测量患者目标区域面积，并根据设定的可逆弹性因子，估算扩张后扩增的皮肤面积，只需要协调扩张器扩增的皮肤面积与目标区域面积的比例，就可以得到适合的扩张器参数，从而选择合适的扩张器，并根据扩张器参数进行扩张，获得扩增的皮肤来进行手术。本发明的方法不会造成扩增皮肤不够或者过多情况，减少了患者的痛苦，避免了仅靠医生的临床经验带来的风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明皮肤软组织扩张器设定方法流程图；
[0018]图2为本发明平面皮肤面积测量示意图；
[0019]图3为本发明曲面皮肤面积测量示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。
[0021]在采用扩张术修复患者的皮肤损伤前，选择合适的扩张器尤为重要。医生通常只能得到患处面积，然后根据个人经验来选择一定体积的扩张器，这就会导致较大的误差，同时对于经验较少医生就更难以选择一个合适大小的扩张器。
[0022]本发明通过计算机技术，采用立体分割的活动形体建模法和Nurbs表面表示法建立人体头部的三维通用模型，然后对具体病人医学图像的CT图形进行自动分割和拟合，并将分割得到的图像作为三维通用模型的拟合目标，对三维通用模型轮廓进行修正，最终逼近得到具体病人的最佳三维模型。根据三维模型，通过测量患处面积以及对不同的扩张器最终所得软组织面积的模拟，可以为医生选择扩张器提供参考。
[0023]本发明中皮肤软组织扩张器设定方法流程如图1所示，包括步骤:
[0024]步骤101、根据医学图像建立患者三维模型。
[0025]三维重建技术是指利用CT或者MRI等医学影像设备输出的图像体数据，根据需要选择合适的三维重建算法，得到可以从任意视角进行观察的三维投影图像，这样诊断医生就可以方便地对人体内部组织或器官的结构进行观察诊断。由于由医学图像重建出的三维表面模型数据量太大，因此本发明中，首先采用立体分割的活动形体建模法和NURBS表面表示法建立人体头部的三维通用模型；然后对具体患者医学图像的轮廓图形进行自动分割和拟合，并将分割得到的图像作为三维通用模型的拟合目标，对三维通用模型轮廓进行修正，最终逼近得到具体患者的最佳三维模型。
[0026]具体地，三维头部通用模型的建立方法是:在大量医学图像的基础上，从图像的训练集中获取头部轮廓的先验信息，该信息是用统计方法分析得到头部轮廓的一般形状、局部的变化范围和分布概率密度，为人类头部建立一个数字化的通用计算模型。头部对象的这些统计知识是通过训练的方法来得到的，主要内容包括点分布模型和灰度模型。活动形体模型非常适合于形状比较复杂图像的分割和拟合。在模型建立阶段，通常采用设置权重的方法，用W矩阵来保存每个点与其它点之间的距离，距离相对不变的那些点表明它们在整个图像中比较稳定，因此提高它们的权重，让它们来主导搜索，同时来带动其它点的搜索。分割拟合的过程就是形体匹配的过程，即点搜索的过程，在这个过程中，需要追求搜索速度和准确度的平衡，通常采用图像分层的方法，这个方法首先将图像的像素降低，然后用这个头部通用模型来搜索，分割结束后提高像素继续搜索，直到恢复到原来的像素，最终实现目标的准确和快速分割。这样就得到了具体患者的最佳三维头部模型。这个模型是用非均匀有理B样条(简称NURBS)方法表示的，主要是借助调整控制点来改变曲线曲面的形状，并且利用权因子，因此在分割和拟合阶段具有较大的灵活性，用该方法最终得到一个光滑、连续的模型。
[0027]步骤102、根据三维模型测量患者目标区域面积。
[0028]医生用X光显影线标记受损区域，通过扫描出的医学图像，在建立的三维模型中可以很清晰地观察到受损区域，选取一些轮廓上的点，根据这些三维数据点，计算出受损目标区域表面积的大小，即患者患处面积。
[0029]本发明采用的面积测量方法适用于任何三维曲面和平面情况，当提取出目标区域后，通过Delaunay三角剖分法对该目标区域进行三角化，目标区域的表面积是表面模型三角化后所有三角形面积之和。计算每一个三角形面积，是将每个三角形单元当作平面处理，由二点构成的二角形面积为:
[0030]S = ^P{P-a){P-b){P-c)
[0031]其中P=(a+b+c)/2，S表示三角形的面积，a、b、c分别表示三角形的三条边长，P表
示三角形周长的一半。
[0032]如图2所示，是头顶上有两个水囊的二维图像，通过在左边画出轮廓，并通过三角剖分法测其面积；如图3所示，为了测量三维空间的表面积，测面积时用三角网格画出来了，并通过三角剖分法测其面`积。
[0033]需要说明的是，本发明根据患者的三维模型，以及装入扩张器后扩张后的模拟模型，就可以测量扩张后的皮肤软组织面积。
[0034]步骤103、根据目标区域面积估算实际扩增皮肤面积；
[0035]结合目标区域面积，可以规划手术所需皮肤面积大小，通常手术所需皮肤面积应该能覆盖目标区域，并预留部分损耗，一般的损耗为目标区域面积的5%~10%，因此根据目标区域面积，可以估算实际手术需要皮肤面积，实际手术需要皮肤面积也就是扩张器实际扩增皮肤面积。
[0036]步骤104、设定可逆弹性因子。
[0037]当扩张器体积增大时，其覆盖皮肤因动力学和生理机制缘故进行增长，相应地动力学方程表示的扩增面积主要分为两部分:一是可逆的弹性部分，一是不可逆的生长部分。可逆弹性部分是考虑到皮肤回缩的缘故，因此当扩张器安装和扩张后，在其表面扩增的皮肤面积，需要通过可逆弹性因子来计算其实际扩增面积。通常可逆弹性因子是通过医生结合临床经验来进行设定的，与人体各部分的皮肤和扩张器扩张大小有关。
[0038]步骤105、估算扩张器扩张表面积，选择扩张器并设定扩张参数。
[0039]扩张参数包括扩张器的形状和放置位置，以及扩张器扩张大小。根据步骤101所得的具体患者的三维模型，结合病人的实际损伤情况对三维模型进行调整，给出扩张器模型的放置位置，并虚拟皮肤扩张后的情况。下面详述模拟扩张器埋置的位置、体积和形状，并计算扩张后皮肤面积:
[0040]医师用X光显影线标记受损区域，通过扫描出的医学图像，在体绘制中可以很清晰地观察到受损区域，选取一些轮廓上的点，根据这些三维数据点，面积测量单元计算出受损区域表面积的大小，即目标区域面积。
[0041]接着在邻近区域观察表面形状，根据形状来确定位，在健康的邻近区域，可以选择一个基本形状的，在皮下或者肌肉下层植入扩张器。目前扩张器的基本形状主要有:圆形、肾形、新月形、长方形、长柱形、三角形。扩展器的选择要根据拟修复的部位、形态及病变范围和可供扩张的正常皮肤的大小形态来决定。多数情况下，头皮选择长方形、肾形、长柱形，额部选择长方形，面部选择圆形或长方形。医师根据受损部位、范围及形态，结合邻近健康区域形状和手术操作的方便，选择埋置位置和扩张器的形状。
[0042]根据可逆弹性因子和实际扩增面积，就可以估算扩张器扩张表面积，根据扩张器扩张表面积就可以推定扩张器扩张的大小。
[0043]通过本发明的方法，可以在建模的基础上准确测量患者目标区域面积，并根据设定的可逆弹性因子，估算扩张后扩增的皮肤面积，只需要协调扩张器扩增的皮肤面积与目标区域面积的比例，就可以得到适合的扩张器参数，从而选择合适的扩张器，并根据扩张器参数进行扩张，获得扩增的皮肤来进行手术。本发明的方法不会造成扩增皮肤不够或者过多情况，减少了患者的痛苦，避免了仅靠医生的临床经验带来的风险。
[0044]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种皮肤软组织扩张器设定方法，其特征在于，包括步骤: 根据医学图像建立患者的三维模型； 根据三维模型测量患者目标区域面积； 根据目标区域面积估算实际扩增皮肤面积； 设定可逆弹性因子； 估算扩张器扩张表面积，选择扩张器并设定扩张参数。
2.根据权利要求1所述的皮肤软组织扩张器设定方法，其特征在于，所述根据三维模型测量患者目标区域面积是采用三角剖分法进行测量。
3.根据权利要求1所述的皮肤软组织扩张器设定方法，其特征在于，所述实际扩增皮肤面积为目标区域面积的1.05?1.5倍。
4.根据权利要求1所述的皮肤软组织扩张器设定方法，其特征在于，所述扩张器扩张表面积为实际扩增皮肤面积与所述可逆弹性因子的积。
5.根据权利要求4所述的皮肤软组织扩张器设定方法，其特征在于，所述可逆弹性因子的取值为I?1.5。
6.根据权利要求1所述的皮肤软组织扩张器设定方法，其特征在于，所述扩张器的扩张参数包括扩张器的形状和放置位置，以及扩张器扩张大小。
【文档编号】G06F19/00GK103678848SQ201210356610
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月24日 优先权日:2012年9月24日
【发明者】邵雁, 林丽丽, 顾子春, 管秋, 陈胜勇 申请人:邵雁